2SO4 и гидроксида натрия NaOH образуется соль Na2SO4. Как видим, группировка элементов SO4 осталась неизменной. Эта группа элементов связана между собой сильнее, чем с другими элементами, и называется радикалом, или остатком. Кстати, «остаток» — тот самый термин, который мало кто понимает на уроках химии с первого раза. Надеюсь, теперь тебе стало чуточку понятнее.
Либих и Вёлер открыли и исследовали огромное множество таких радикалов. Прежде всего Либих задался целью найти неизменный остаток алкоголя, для чего изучал различные его превращения. При этом им были открыты хлороформ и хлораль — два очень важных наркотических средства, которые сыграли большую роль в развитии медицины, особенно хирургии. Напомню, что до открытия этих средств обезболивание пациентам проводилось «веселящим газом».
Вскоре был открыт радикал «бензоил» — основа ароматических соединений. Теория радикалов позволила учёным разобраться в доселе непроходимом лабиринте органических соединений. Дальнейшая работа в этой области могла теперь проводиться с большей скоростью. Но, представь, она уже не привлекала Либиха.
Тридцать лет профессорства в Гиссене завершились тем, что Юстуса Либиха пригласили в Мюнхен, где он, самоустранившись от работы в лаборатории, занялся исключительно чтением лекций. Справедливости ради надо сказать, что его публичные вечерние лекции пользовались неизменным успехом.
Попутно с лекторской деятельностью Либих обратил внимание на вопросы практической важности, например, на реформу в области земледелия. Уже в те времена было известно, что растения поглощают из почвы не только воду, но и различные минеральные вещества, те самые неорганические соли. Выяснили это легко: просто сожгли растение и в оставшейся от него золе обнаружили эти самые неорганические минеральные вещества.
Лаборатория Либиха
Также было известно, что уровень плодородия земель, предназначенных для выращивания сельскохозяйственных культур, со временем падает из-за уменьшения в почве количества минеральных солей. В целях противодействия этому Либих предложил искусственно удобрять земли не традиционным навозом, а солями фосфора, калия, селитрой. Но переубедить необразованных крестьян, отличавшихся консервативным мышлением и из поколения в поколение удобрявших землю навозом, было нелегко. Требовалось убедить их фактами.
Загоревшись этой идеей, Либих купил в окрестностях Гиссена песчаный холмик, на котором ничего не росло, и стал регулярно удобрять его искусственным навозом — азотнокислым калием и фосфорнокислым калием. Спустя несколько лет некогда пустынное место превратилось в цветущий сад. Таким образом, Либиха можно смело считать основоположником применения в земледелии искусственных удобрений.
Причём, как видишь, произошло это всего каких-то 200 лет назад, так что наши с тобой прапрапрадеды вполне могли застать те времена.
А дальше химия будет развиваться ещё быстрее и головокружительнее…
Глава 6. Тёплое пиво и кровь туземцев
Что есть тепло? Лавуазье считал, что горение — это соединение горючих веществ с кислородом. Известно было, что в процессе горения образуются новые тела — окислы. Но вот откуда при этом берётся теплота? Увы, ответа на этот вопрос теория Лавуазье не давала.
Так неужели теплота образуется из ничего?! Представь, друг мой, долгое время так и считалось. До тех пор, пока в дело не вмешался граф Румфорд — второй муж уже известной нам вдовы Лавуазье.
Одно время Бенджамин Румфорд (1753–1814) служил главным инспектором в мюнхенском военном арсенале. Однажды, наблюдая за сверлением пушек, он сделал весьма интересное открытие: всякий раз, когда в действие приводилась сверлильная машина, пушка нагревалась. Причём настолько сильно, что выделенная при сверлении теплота смогла довести до кипения 9 литров воды в ящике, в котором находилась пушка!
Бенджамин Румфорд
«Кипение такого большого количества воды без огня чрезвычайно поразило всех присутствовавших», — отметил Румфорд при описании своего открытия.
Сейчас аналогичное явление уже не кажется нам странным или удивительным: зимой мы греем озябшие руки, потирая их одна о другую, зажигаем спичку трением головки о боковую стенку коробка, а из уроков истории давно знаем, что древний человек научился извлекать огонь именно путём трения деревянного колышка. Однако учёным XIX века утверждение, что теплоту можно произвести искусственно, ударом или трением, казалось немыслимым. Оно было недоступно их пониманию, поскольку тогда теплоту, равно как электричество и магнетизм, а ранее и свет, считали веществом, особым невесомым видом материи.
Лавуазье установил, что материю нельзя ни создать, ни уничтожить, что все её превращения ведут лишь к изменению формы. Вот почему в то время невозможно было понять и объяснить явления, в которых теплота, называвшаяся тогда теплородом, образовывалась как бы сама из себя, а не из какого — то другого вида материи. И это заблуждение длилось довольно долго.
Лишь в 1842 году удалось положить ему конец, причём благодаря английскому пивовару Джэймсу Прескотту Джоулю и немецкому врачу Юлиусу Роберту Майеру, которые не были профессиональными учёными и даже не знали друг друга.
Опыт, иллюстрирующий выделение теплоты
За 60 лет до основания известного английского футбольного клуба «Манчестер Юнайтед», в английском городке Солфорд близ Манчестера, в семье владельца пивоваренного завода родился Джеймс Прескотт Джоуль (1818–1889). Имея от рождения слабое здоровье, Джеймс был освобождён от занятий в школе — его обучали дома. Но по достижении 16 лет он вместе с братом отправился в Манчестер, где начал изучать естественные науки под руководством талантливого учителя-самоучки Джона Дальтона.
Джеймс Прескотт Джоуль
В 19 лет Джоуль опубликовал работу о магнетизме, в которой описал изобретённые им электромагнитные машины. Уделяя максимум внимания превращению электрического тока в работу, он заметил, что всякий раз, когда электрический ток проходил по проводнику (например, по металлической проволоке), тот нагревался. И теплота, порождённая током, была прямо пропорциональна силе пропускаемого тока.
Постепенно Джоуль пришёл к общему принципу, гласящему, что между теплотой и работой должна существовать причинная зависимость. «Всякий раз, как исчезает работа, появляется теплота. Обратно: посредством надлежащих приспособлений можно теплоту превратить в работу, как, например, в котлах наших паровых машин».
Кстати, мой дорогой читатель, первый паровоз был создан французским военным инженером Николя-Жозефом Кюньо в 1769 году, когда никто ещё не знал, на базе каких физических и химических законов работает паровой двигатель. То есть сначала появился паровоз, а уж потом родилась теория основ работы парового двигателя. Парадокс?! Да. Тем не менее это реальный исторический факт.
Никола Жозеф Кюньо демонстрирует свою «паровую телегу» — экспериментальный паровой артиллерийский тягач
Но вернёмся к нашему пивовару Джоулю, который путём обобщения отдельных явлений возвысился до познания наиболее общего закона природы. К сожалению, работы Джоуля не были оценены по достоинству сразу, и он прожил жизнь в тиши своего имения почти в полном забвении. Лишь в год его смерти единице измерения энергии было присвоено его имя — Джоуль.
А теперь я познакомлю тебя вкратце с немецким врачом Юлиусом Робертом фон Майером(1814–1878), родившимся в маленьком городке Гейльбронне. Обучение в гимназии, а затем в духовном учебном заведении казалось юному Майеру пыткой. Ему были ненавистны латинский и древнегреческий языки — он считал их мёртвыми. Изучению мёртвых языков Майер предпочёл изучение мёртвых тел — человеческих трупов, поэтому в 1832 году отправился в Тюбинген, где записался на медицинский факультет и проучился там восемь семестров.
Юлиус Роберт фон Майер
Майер занимался наукой с большим увлечением, но с не меньшим энтузиазмом участвовал и в студенческой жизни: был даже избран председателем студенческого кружка. Но, как известно, студенческие организации считались в те времена опасными для государства и строго преследовались, поэтому Майер, будучи заподозрен в какой-то крамоле, угодил однажды в карцер. Глубокое чувство негодования из-за несправедливости обвинения побудило его отказаться от пищи (объявить голодовку), и вскоре власти вынуждены были освободить его.
Правда, после этой истории пришлось уйти из университета. Продолжив изучение медицины в Мюнхене и Вене, в 1838 году Майер получил диплом врача. Примерно в то же время ему представилась возможность увидеть свет — в должности судового доктора он отправился на торговом корабле на остров Ява, где и занялся врачебной практикой среди туземцев.
В то время универсальный метод лечения практически всех болезней заключался в пускании крови. Представь, что ты приходишь в поликлинику с больным горлом или, допустим, с ушибом, а врач с порога прописывает тебе кровопускание. Не помогло? Приходи ещё раз. Странно?! Да, согласен, странно. Но так было, а историю не перепишешь.
Однажды, делая кровопускание очередному пациенту, Майер отметил мысленно, что венозная кровь туземцев светлее венозной крови европейцев. Впоследствии данное наблюдение привело к открытию закона сохранения энергии, но сначала Майер просто задумался: чем можно объяснить столь явную разницу в цвете крови? Из физиологии ему было известно, что венозная кровь светлеет в лёгких по причине того, что при соприкосновении с воздухом насыщается кислородом. Лишаясь же кислорода, кровь, напротив, темнеет. Но что же происходит с кислородом в крови?
Ответ на этот вопрос уже был дан Антуаном Лавуазье. Кислород расходуется при горении органических веществ в организме подобно тому, как расходуется воздух при горении дров в печи. Применив эту теорию к аборигенам Явы, Майер рассудил так: кровь туземцев светлее, следовательно, содержит больше кислорода, чем кровь европейцев. В свою очередь, это происходит из-за того, что процесс горения в организме туземцев совершается медленнее и менее энергично, чем у жителей Европы. Из — за жаркого тропического климата организму не требуется производить теплоту в том количестве, которое приходится вырабатывать жителям холодных стран, чтобы поддерживать температуру тела на постоянном уровне.